摘要：光伏逆變器是光伏發電系統的核心部分，對光伏逆變器最大功率點跟蹤(MPPT)至關重要，它的效率高低直接影響著整個并網系統的效率。從電氣安全的角度考慮，逆變器需要采用三相四線制接線方式。文章針對這種三相四線制三電平光伏逆變器提出一種基于DSP2812的新型的控制方法。
關鍵詞：光伏逆變器；最大功率點跟蹤(MPPT)；三相四線；三電平；DSP2812

0 引言
三電平光伏逆變器技術經歷了一段發展歷程，首先在1977年，德國學術家Holtz第一次提出了三電平拓撲結構，采用兩電平電路作為主電路，將主電路中每相橋臂的一對開關管作為輔助中點進行箝位。1980年，日本長岡科技大學A，Nabae等人將輔助開關管替換成一對箝位二極管，并分別和上、下橋臂串聯的開關管相連以輔助中點箝位，稱為二極管中點箝位式(Neutral Point Clamped，NPC)三電平變換器。在1983年，Bhagwat和Stefanovic將日本學家提出的三電平的拓撲結構推廣到多電平的結構，進一步鞏固了NPC結構的多電平模式。而目前三電平逆變器電路結構主要有三種：1)中點箝位三電平逆變器；2)飛跨電容多電平逆變器；3)多單元串聯多電平逆變器，這些拓撲結構在控制策略上的研究都相對成熟。

1 三電平光伏逆變器主電路拓撲結構
三電平光伏逆變器拓撲結構主要有三種：IGBT直接串聯電壓型拓撲結構、電流源型拓撲結構、中性點箝位型三電平PWM拓撲結構。
1．1 IGBT直接串聯電壓型拓撲結構
結構簡單，逆變效率能到到98％，動態性能良好，對電機絕緣無影響，并且體積小、重量輕。但是這種結構電路在電網側沒有輸入變壓器，6脈沖整流電路諧波大，在逆變過程中du／dt比較大，需要采取緩沖電路來加以解決。主要運用在起重機械、軋機、電力機車牽引、風機、船舶主傳動、水泵和壓縮機等。
1．2 電流源型拓撲結構
輸出頻率可以到220 Hz；電機損耗小，可以實現四象限運行；電路可靠性比較高。但是此電路不適宜在弱磁下運行，運行過程中也會產生比較大的共模電壓，電動機的絕緣性能受到影響。此電路主要運用在鍋爐給水泵、風機、壓縮機等場合。
1．3 中性點箝位型三電平PWM拓撲結構
這種電路利用二極管箝位開關實現直流分壓。在整流器上采用12個二極管，逆變器采用三電平PWM逆變結構。功率器件采用耐高壓的IG BT或者IGCT。使得電路電器的數目減少，結構簡化很多，體積縮小很多，降低了成本。其主電路拓撲結構如圖1所示。

此電路結構輸出頻率高、過載能力強、動態性能好、對電機絕緣無影響、電纜長度無限制、轉矩脈動低、噪聲??；但是采用的GTO或IGCT等大功率器件，必須配置復雜的緩沖電路，結構變復雜了，并且不可控的二極管整流器能夠單象限運行，但是要實現四象限運行必須采取額外的措施，都給電路搭建增加了難度。
這種電路主要應用在傳送帶驅動、軋機、擠壓機、礦石粉碎機、風機水泵、窯傳動等。

2 三電平光伏逆變器的傳統控制策略
在光伏發電系統中采取先進的控制技術能夠有效地改善系統的效率。隨著當前電力電子器件的高頻化和微處理器運算速度的提高，特別是現在高性能數字信號處理器(DSP)的出現，使得一些控制策略應用到光伏并網系統成為可能。
傳統的三電平光伏逆變器控制方法有四種：1)電壓源電壓控制；2)電壓源電流控制；3)電流源電壓控制；4)電流源電流控制。
市電系統我們認為是一個無窮大的電容，看成一個定值交流電壓源，如果光伏逆變器的輸出運用電壓控制方法，這時候就等效為兩個電壓源并聯運行的情況，要想保證系統正常運行，則需要采用鎖相控制技術來實現逆變器輸出的電壓頻率、相位和電網電壓是同步的，可以通過改變光伏逆變器的電壓大小和相移來控制發電系統的有功輸出。但是加入鎖相技術后就會使得整個電路回路響應變慢、逆變器輸出很難精確控制，算法也很復雜。因此現階段，大都采用的是電壓源輸入、電流數輸出的控制方法。當逆變器輸出采用電流源控制時候，我們只需要控制逆變器的輸出電流來跟縱并網系統電壓相位和頻率，就可達到并聯運行的目的。

3 新型的三電平光伏逆變器控制策略
基于數據處理精度和對算法的要求，我們采用TI公司生產的性能數字信號處理器TMS320LF2812A來對三電平光伏逆變器的算法進行控制，在傳統的三相三線三電平逆變器上加一條中性線構成四線制，達到更好的效果。

圖1三相四線制三電平光伏并網逆變器結構圖本電路采用雙級拓撲結構，前級采用Boost升壓電路，將光伏電池電壓升壓后作為直流母線電壓為后級光伏逆變器提供輸入電壓，同時完成光伏陣列最大功率點跟蹤(MPPT)的控制。從圖1看出，太陽能電池接到正負極之間，輸入濾波電容Cb采用電解電容。在光伏逆變器部分并聯兩個電容，接于直流母線兩端，起均壓作用。每相橋臂都有四個IGBT，每個IGBT兩端反并聯一個二極管D。每相橋臂的中點都引出A、B、C三相線，經過電阻R和電感L接到電網系統ea、eb、ec，每個橋臂還各有兩個箝位二極管串聯接在上下開關管之間，箝位二極管的中點與直流母線兩側的串聯電容中點相連接在電網的中性點，形成中性線。
從原理圖1，由DSP2812芯片控制器來檢測PV陣列的輸出電壓、電流、電網系統的三相電壓和逆變器輸出的三相電流，并編程進行控制算法的計算，為Boost升壓電路和IGBT驅動電路提供脈沖信號控制開關管的導通關斷，控制整個電路的工作。
圖示為三相四線制的逆變器接線圖，相比三相三線制，多了一條中性線，流過中性線的電流是三倍的零序電流。逆變器輸出既可以接平衡的三相負載，也可以接單相負載。有其等效關系：